Looptijdsensoren

Lesverloop

1. 1

   Stap 1: Voorbereiding

   Maak voor elke leerling een kopie van de werkkaarten. Verzamel een doos van ongeveer 30 × 30 cm en voorwerpen waarmee leerlingen in de doos een hindernisbaan kunnen maken. De voorwerpen moeten hoog genoeg zijn om door Ari te worden gedetecteerd. Kies voorwerpen met een egale, lichte kleur, zodat Ari ze zo gemakkelijk mogelijk kan detecteren.

   Begrippen

   Looptijdsensor – Een sensor die een signaal uitzendt en de afstand tot een voorwerp berekent op basis van de tijd die het signaal nodig heeft om terug te keren.

2. 2

   Stap 2: Introductie

   Stel de klas de volgende vraag: “Als je bliksem ziet, kun je schatten hoe ver die van je vandaan is door te tellen hoelang het duurt voordat je de donder hoort. Hoe denk je dat dit werkt? Waarom zie je de bliksem voordat je de donder hoort?”

   Geef leerlingen tijd om na te denken en hun gedachten op te schrijven. Vraag daarna wie zijn of haar antwoord wil delen.

   Bliksem (lichtgolven) en donder (geluidsgolven) bewegen allebei door de lucht voordat ze ons bereiken. Hoe sneller een golf beweegt, hoe eerder die ons bereikt. Daarom zien we de bliksem voordat we de donder horen.

   Maar hoe werkt de afstandssensor van Ari? Ari heeft een zender die onzichtbaar infraroodlicht uitzendt. Dat licht wordt weerkaatst door de oppervlakken die het raakt. Ari heeft ook een sensor die registreert of dat licht terugkeert.

   Als het licht een voorwerp raakt en terugkaatst naar Ari, maakt Ari een snelle berekening. Op basis van de tijd die het licht nodig had om terug te keren, kan Ari bepalen welke afstand het licht heeft afgelegd.

   Dit type sensor heet een looptijdsensor (ToF-sensor), omdat die meet hoelang het licht onderweg is om te bepalen welke afstand het heeft afgelegd.

   Looptijdsensoren worden voor verschillende toepassingen gebruikt, zoals:

   • Dieptewaarneming en gezichtsherkenning met smartphonecamera’s
   • Sensoren voor obstakeldetectie, zoals die in een Roomba
   • Slimme automatische scherpstelling in camera’s
   • Apps voor toegevoegde werkelijkheid die ToF gebruiken om virtuele voorwerpen in de echte wereld te plaatsen
3. 3

   Verwerking

   Stap 3: Activiteit 1 – In kaart brengen met Ari

   Bij deze activiteit maken leerlingen om de beurt een hindernisbaan in een doos. Andere leerlingen proberen de binnenkant van de doos in kaart te brengen met alleen de afstandsmetingen van Ari.

   Verdeel de leerlingen in groepen en geef elke groep een Ari, een doos en 3–4 voorwerpen om als hindernissen in de doos te gebruiken.

   Laat leerlingen, voordat ze de hindernisbaan bouwen, met Ari de lengte en breedte van de doos meten en op hun werkkaart noteren.

   Elke groep verdeelt zich in twee teams: team A en team B.

   Team A maakt als eerste de hindernisbaan. De leerlingen plaatsen hun 3–4 voorwerpen in de doos om een hindernisbaan te maken, zonder dat team B ze ziet.

   Terwijl team A de hindernisbaan maakt, tekent team B de omtrek van de doos op de werkkaart.

   Ook als de hindernisbaan klaar is, mag team B niet in de doos kijken. Team B mag alleen:

   • Team A vertellen waar ze Ari naartoe moeten verplaatsen
   • Team A vertellen in welke richting ze Ari moeten draaien
   • Team A vragen om de afstandsmeting van Ari af te lezen

   Let op: Ari heeft een diameter van ongeveer 4,5 cm. Leerlingen moeten hiermee rekening houden om de binnenkant van de hindernisbaan nauwkeurig in kaart te brengen.

   Als team B klaar is met het tekenen van de plattegrond, vergelijkt het team de plattegrond met de echte hindernisbaan.

   Daarna wisselen de leerlingen van rol: team B maakt een hindernisbaan en team A brengt die op dezelfde manier in kaart.

4. 4

   Stap 4: Afsluitende opdracht

   Laat de leerlingen de afsluitende opdracht invullen en inleveren. Deze staat op de laatste pagina van de werkkaart.